(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置を構成する第１部材の第１の面と、第２部材の第２の面との間にグリーンボールを供給する工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間において前記グリーンボールが自転および公転しつつ研磨される工程とを備え、
前記グリーンボールが研磨される工程においては、
前記第１の面および前記第２の面と前記グリーンボールとの間に荷重を付与しつつ、前記グリーンボールの研磨を進行させる工程と、
前記荷重を、前記グリーンボールの研磨を進行させる工程よりも小さくすることにより、前記グリーンボールの自転軸を変化させる工程とが交互に実施される、グリーンボールの研磨方法。
【請求項２】
前記グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、前記第１の面および前記第２の面が前記グリーンボールに及ぼす荷重を制御することにより前記自転軸を変化させる、請求項１に記載のグリーンボールの研磨方法。
【請求項３】
前記グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、前記第１の面と前記第２の面との間隔を制御することにより前記自転軸を変化させる、請求項１または２に記載のグリーンボールの研磨方法。
【請求項４】
前記グリーンボールが研磨される工程では、前記第１部材および前記第２部材は、前記第１の面と前記第２の面との間隔が隣接する領域よりも大きい間隔変化領域を形成し、
前記グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、前記間隔変化領域に前記グリーンボールが進入することにより前記グリーンボールの自転軸が変化する、請求項１に記載のグリーンボールの研磨方法。
【請求項５】
グリーンボールが準備される工程と、
前記グリーンボールの研磨が実施される工程と、
研磨された前記グリーンボールが焼結処理される工程とを備え、
前記グリーンボールの研磨は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のグリーンボールの研磨方法により実施される、セラミックス球の製造方法。
【請求項６】
第１部材および第２部材によってグリーンボールを挟持しつつ前記グリーンボールの研磨を実施する研磨装置であって、
前記第１部材は第１の面を有し、
前記第２部材は前記第１の面に対向する第２の面を有し、
前記グリーンボールは前記第１の面と前記第２の面との間において挟持され、
前記第１の面および前記第２の面の少なくともいずれか一方は、
前記第１の面および前記第２の面の他方との間に前記グリーンボールを挟持し、平面からなる領域と、
前記他方との距離が前記平面からなる領域に比べて大きく、前記他方に対して傾斜した平面からなる広間隔領域とからなる、研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置に関し、より特定的には、真球度の向上を可能とするグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受の転動体などに使用されるセラミックス製のボール（セラミックス球）は、原料粉末を成形してセラミックスの未焼結のボール、すなわちグリーンボールを作製し、これを焼結した後、研磨処理を行なうことにより真球に近い形状を有するセラミックス球に仕上げることにより製造される。しかし、セラミックス球は硬度が非常に高いため、加工に長時間を要するという問題がある。
【０００３】
一方、焼結前のグリーンボールは、硬度が低くて加工が容易であるので、焼結後の研磨に比べて格段に高い能率で加工できる。この様な背景を基に、グリーンボールの加工に関して、種々の提案がなされている（たとえば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、対向する２枚の定盤間に熱可塑性有機高分子化合物を主体とする組成物を結合材として加えたグリーンボールを挟み、研磨盤に砥粒と水とを滴下し、湿式研磨を行なう方法が開示されている。しかし、この方法では、結合剤の組成が制約されるという問題がある。また、この方法では、加工後の脱脂および焼結条件が複雑になるため、量産性にも問題を生じる。また、特許文献２には、縦型の２枚の砥石間にグリーンボールを挟み込み、研磨する方法が開示されている。しかし、この方法では、一基の装置において複数個のグリーンボールを同時に加工することができないため、量産性に乏しいという問題がある。
【０００４】
一方、特許文献３には、互いに平面で対向する一対の加工定盤間に複数個のグリーンボールを挟み込み、両加工定盤の対向平面に沿う複数系統の相対移動で、グリーンボールに公転と、各種方向に自転とを行わせながら、グリーンボールを真球に近い形状に研磨する方法が開示されている。複数系統の相対移動とは、たとえば両加工定盤の互いに偏心した回転や、回転と直進との組み合わせ等である。この加工装置においては、下加工定盤における研磨加工用の粗面を、研磨粉の通過可能な格子目の粗面構成部材で形成し、かつこの粗面構成部材の下側の加工定盤部分に、上面に開口する多数の孔を設けることができる。この方法は、結合材の組成に制約がなく、かつ同時に複数個の加工が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１３０９０８号公報
【特許文献２】特開平２−３０３７６７号公報
【特許文献３】特開平７−３１４３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献３に記載のグリーンボールの研磨方法では、上下の加工定盤によってグリーンボールが拘束され続けているため、グリーンボールの自転方向の変化が制約される。そのため、グリーンボールが等方的に加工されず、真球度が十分に向上しないおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、等方的な加工を実現することによりグリーンボールの真球度を十分向上させることが可能なグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従ったグリーンボールの研磨方法は、研磨装置を構成する第１部材の第１の面と、第２部材の第２の面との間にグリーンボールを供給する工程と、第１の面と第２の面との間においてグリーンボールが自転および公転しつつ研磨される工程とを備えている。そして、グリーンボールが研磨される工程においては、第１の面および第２の面とグリーンボールとの間に荷重を付与しつつ、グリーンボールの研磨を進行させる工程と、当該荷重を、グリーンボールの研磨を進行させる工程よりも小さくすることにより、グリーンボールの自転軸を変化させる工程とが交互に実施される。
【０００９】
本発明のグリーンボールの研磨方法では、グリーンボールが研磨される工程にいて、グリーンボールが自転および公転する。そして、グリーンボールの研磨を進行させる工程では、第１の面および第２の面とグリーンボールとの間に荷重を付与しつつ、グリーンボールの研磨を進行させる。このとき、グリーンボールは第１の面および第２の面によって拘束されているため、その自転軸を大きく動かすことはできない。そのため、この工程では、グリーンボールは真球ではなく、公転面に沿った方向に長軸を有するやや扁平な形状に加工される傾向にある。一方、グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、第１の面および第２の面による拘束が緩和されるため、自転および公転するグリーンボールはジャイロ効果により長軸が自転軸となるように立ち上がる。そして、再度グリーンボールの研磨を進行させる工程が実施されると、長軸方向にグリーンボールが加工される。
【００１０】
つまり、本発明のグリーンボールの研磨方法では、グリーンボールが研磨される工程において、グリーンボールが長軸を自転軸とするように立ち上がる工程と、長軸方向にグリーンボールが加工される工程とが交互に実施される。そのため、上下の加工定盤によってグリーンボールが拘束され続けているため、グリーンボールの自転方向の変化が制約される従来の研磨方法に比べて、高い真球度を達成することができる。このように、本発明のグリーンボールの研磨方法によれば、等方的な加工を実現することによりグリーンボールの真球度を十分向上させることができる。
【００１１】
なお、グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、第１の面および第２の面とグリーンボールとの間の荷重が実質的に０とされることが好ましい。これにより、上記ジャイロ効果による自転軸の変化を容易に実現することができる。ここで、上記荷重が実質的に０である状態とは、具体的にはグリーンボールと第１の面および第２の面のいずれか一方との間に間隙が形成され、第１の面および第２の面によるグリーンボールの拘束が解除される状態、あるいはグリーンボールが第１の面および第２の面に接触しているものの、量産性の観点からグリーンボールの研磨の進行に寄与しているとはいえない程度の荷重しか負荷されていない状態をいう。
【００１２】
上記グリーンボールの研磨方法においては、グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、第１の面および第２の面がグリーンボールに及ぼす荷重を制御することにより自転軸を変化させてもよい。
【００１３】
また、上記グリーンボールの研磨方法においては、上記グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、第１の面と第２の面との間隔を制御することにより自転軸を変化させてもよい。
【００１４】
このように、第１の面および第２の面がグリーンボールに及ぼす荷重や、第１の面と第２の面との間隔を制御することにより、上記研磨を進行させる工程と自転軸を変化させる工程とを容易に繰り返して実施することができる。
【００１５】
上記グリーンボールの研磨方法においては、グリーンボールが研磨される工程では、第１部材および第２部材は、第１の面と第２の面との間隔が隣接する領域よりも大きい間隔変化領域を形成し、グリーンボールの自転軸を変化させる工程では、当該間隔変化領域にグリーンボールが進入することによりグリーンボールの自転軸が変化するものとしてもよい。
【００１６】
このように、間隔変化領域を形成しておくことにより、上述のように第１の面と第２の面との間隔や、第１の面および第２の面がグリーンボールに及ぼす荷重を積極的に制御することなく、上記研磨を進行させる工程と自転軸を変化させる工程とを容易に繰り返して実施することができる。
【００１７】
本発明に従ったセラミックス球の製造方法は、グリーンボールが準備される工程と、グリーンボールの研磨が実施される工程と、研磨されたグリーンボールが焼結処理される工程とを備えている。そして、グリーンボールの研磨は、上記本発明のグリーンボールの研磨方法により実施される。
【００１８】
本発明のセラミックス球の製造方法によれば、上記本発明のグリーンボールの研磨方法によりグリーンボールが研磨されるため、真球度の高いセラミックス球を容易に製造することができる。
【００１９】
本発明に従った研磨装置は、第１部材および第２部材によってグリーンボールを挟持しつつグリーンボールの研磨を実施する研磨装置である。第１部材は第１の面を有している。第２部材は第１の面に対向する第２の面を有している。グリーンボールは第１の面と第２の面との間において挟持される。そして、第１の面および第２の面の少なくともいずれか一方は、第１の面および第２の面の他方との距離が隣接する領域に比べて大きい広間隔領域を含んでいる。
【００２０】
本発明の研磨装置は、第１の面および第２の面の少なくともいずれか一方が広間隔領域を含んでいるため、第１の面と第２の面との間に、第１の面と第２の面との間隔が隣接する領域よりも大きい間隔変化領域が形成される。そのため、本発明の研磨装置によれば、第１の面と第２の面との間隔や、第１の面および第２の面がグリーンボールに及ぼす荷重を積極的に制御することなく、研磨を進行させる工程と自転軸を変化させる工程とを容易に繰り返して実施することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本発明のグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置によれば、等方的な加工を実現することによりグリーンボールの真球度を十分向上させることが可能なグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】セラミックス球の製造工程の概略を示すフローチャートである。
【図２】研磨装置の構造を示す概略断面図である。
【図３】研磨工程における負荷荷重の制御状態を示す概略図である。
【図４】研磨工程における定盤間隔の制御状態を示す概略図である。
【図５】研磨装置の構造の他の一例を示す概略断面図である。
【図６】負荷荷重を制御した場合の真球度の経時変化を示す図である。
【図７】定盤の間隔を制御した場合の真球度の経時変化を示す図である。
【図８】定盤に広間隔領域を形成した場合の真球度の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１を参照して、本実施の形態におけるセラミック球の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）としてグリーンボール準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、窒化珪素、酸化アルミニウム、サイアロン、炭化珪素などのセラミックスの原料粉末に対してプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法が適用されることにより、セラミック球の概略形状に成形されたグリーンボールが準備される。
【００２５】
次に、工程（Ｓ２０）として実施されるグリーンボール供給工程、工程（Ｓ３０）として実施される研磨進行工程および工程（Ｓ４０）として実施される自転軸変更工程を含むグリーンボールの研磨が実施される。これにより、グリーンボールの真球度が向上する。このグリーンボールの研磨については、後述する。
【００２６】
次に、工程（Ｓ５０）として焼結工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、研磨されることにより真球度が向上したグリーンボールに対して、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）などの加圧焼結、あるいは常圧焼結が実施される。これにより、セラミックス球の素球が得られる。
【００２７】
次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、焼結されて得られた素球に対して仕上げ研磨が実施される。このとき、素球は硬度が極めて高く、その研磨には長時間を要するが、以下に説明するように硬度の低いグリーンボールの段階において効率よく、かつ高い真球度に加工されていることにより、素球の研磨を短時間で完了することができる。以上の工程により、本実施の形態におけるセラミック球は完成する。
【００２８】
次に、上記グリーンボールの研磨について詳細に説明する。まず、グリーンボールの研磨に使用する研磨装置について説明する。図２を参照して、研磨装置１は、第１の面１１を有する第１部材としての円盤状の第１定盤１０と、第１の面１１に対向する第２の面２１を有する第２部材としての円盤状の第２定盤２０とを備えている。研磨装置１が稼動可能に設置された状態において、第１定盤１０は鉛直方向において下側の定盤であり、第２定盤は上側の定盤である。
【００２９】
第１定盤１０には、第２定盤に対向する側とは反対側に突出する第１軸１２が接続されている。そして、第１軸１２の外周面には軸受３１が嵌め込まれている。そして、この軸受３１は、第１保持部材３２により保持されている。以上の構成により、第１定盤１０は、第１軸１２の中心軸に一致する軸αを回転軸として周方向に回転可能となっている。また、第１定盤１０の第１の面１１を含む領域には、グリーンボール９１を研磨するための研磨層１０Ａが形成されている。研磨層１０Ａは、たとえば砥石であってもよいし、金網などの網目状部材であってもよい。
【００３０】
一方、第２定盤２０には、第１定盤に対向する側とは反対側に突出する第２軸２４が接続されている。この第２軸２４の外周側には軸受３１が嵌め込まれている。そして、この軸受３１は、第２保持部材３３により保持されている。以上の構成により、第２定盤２０は、第２軸２４の中心軸に一致し、軸αとは異なる軸βを回転軸として周方向に回転可能となっている。軸βは、軸αに対して平行である。また、第２定盤２０の第２の面２１を含む領域には、グリーンボール９１を保持するための保持層２０Ａが形成されている。保持層２０Ａは、たとえばゴム、樹脂などからなる弾性部材である。さらに、第２定盤２０には、その外周を取り囲むように、第１定盤に対向する側に突出する保持部２２が形成されている。この保持部２２は、グリーンボール９１が第２の面２１に沿って第２定盤２０の径方向に移動することを制限する機能を有している。そして、研磨装置１は、第２の面２１と第１の面１１との間に、グリーンボール９１を挟持しつつ、グリーンボール９１を研磨することができる。
【００３１】
次に、本実施の形態におけるセラミックス球の製造方法に含まれる上記研磨装置１を用いた工程（Ｓ２０）〜（Ｓ４０）によるグリーンボールの研磨について説明する。図１を参照して、本実施の形態におけるグリーンボールの研磨においては、まず工程（Ｓ２０）としてグリーンボール供給工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図２に示すように、工程（Ｓ１０）において準備された複数のグリーンボールが、研磨装置１の第１定盤１０と第２定盤２０との間に供給される。このとき、図２を参照して、第１定盤１０は軸αを回転軸として回転するとともに、第２定盤２０は軸βを回転軸として回転する。これにより、グリーンボール９１は自転するとともに、第２定盤２０の保持部２２の内壁２３に沿って公転する。
【００３２】
次に、グリーンボール９１が自転および公転する状態を維持しつつ、研磨工程が実施される。この研磨工程では、工程（Ｓ３０）として実施される研磨進行工程と、工程（Ｓ４０）として実施される自転軸変更工程とが交互に実施される。ここで、本実施の形態においては、研磨工程における工程（Ｓ３０）と（Ｓ４０）とは、グリーンボール９１に負荷される荷重が制御されつつ交互に実施される。
【００３３】
具体的には、図３を参照して、まずグリーンボール９１が工程（Ｓ２０）において研磨装置１の第１定盤１０と第２定盤２０との間に供給された時点を時間ｔ０とすると、この時点においてはグリーンボール９１に対して第１定盤１０および第２定盤２０から荷重Ｌｃが負荷される。この荷重Ｌｃは、実質的に０である。そして、所定時間経過後、グリーンボール９１に対して第１定盤１０および第２定盤２０から荷重Ｌｍが負荷されることにより、工程（Ｓ３０）が実施される。すなわち、第１の面１１および第２の面２１とグリーンボール９１との間に荷重Ｌｍが付与されることにより、グリーンボール９１の表面が研磨層１０Ａによって研磨される。これにより、グリーンボール９１の研磨が進行する。このとき、グリーンボール９１は第１の面１１および第２の面２１によって拘束されているため、その自転軸を大きく動かすことはできない。そのため、工程（Ｓ３０）では、グリーンボール９１は真球ではなく、公転面に沿った方向に長軸を有するやや扁平な形状に加工される。
【００３４】
次に、工程（Ｓ３０）の開始から時間ｔだけ経過すると、工程（Ｓ３０）が終了し、工程（Ｓ４０）が実施される。この工程（Ｓ４０）では、第１定盤１０および第２定盤２０からグリーンボール９１に負荷される荷重がＬｃ、すなわち実質的に０の状態に変更される。その結果、自転および公転するグリーンボール９１はジャイロ効果により長軸が自転軸となるように立ち上がる。つまり、グリーンボール９１の自転軸が工程（Ｓ３０）において形成された長軸側に変化する。このように、工程（Ｓ４０）では、第１の面１１および第２の面２１がグリーンボール９１に及ぼす荷重が制御されることにより、グリーンボール９１の自転軸が変化する。
【００３５】
さらに、工程（Ｓ４０）の開始から時間ｔだけ経過すると、工程（Ｓ４０）が終了し、工程（Ｓ３０）が再度実施される。このとき、上記工程（Ｓ４０）においてグリーンボール９１の自転軸が長軸側に変化しているため、グリーンボール９１は長軸方向に加工される。そして、図３に示すように、このような工程（Ｓ３０）と工程（Ｓ４０）とが時間ｔごとに繰り返して実施される。
【００３６】
つまり、本実施の形態における研磨工程では、グリーンボール９１が長軸を自転軸とするように立ち上がる工程（Ｓ４０）と、長軸方向にグリーンボール９１が加工される工程（Ｓ３０）とが交互に実施される。そのため、グリーンボール９１の自転方向の変化が制約される従来の研磨方法に比べて、高い真球度を達成することができる。このように、本実施の形態における研磨工程によれば、等方的な加工を実現することによりグリーンボール９１の真球度を十分向上させることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２におけるセラミックス球の製造方法および当該製造方法におけるグリーンボールの研磨は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２におけるセラミックス球の製造方法および当該製造方法におけるグリーンボールの研磨は、研磨工程において自転軸を変化させるための制御において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００３８】
すなわち、実施の形態２における研磨工程では、研磨工程における工程（Ｓ３０）と（Ｓ４０）とは、第１定盤１０の第１の面１１と第２定盤２０の第２の面２１との間隔が制御されつつ交互に実施される。
【００３９】
具体的には、図４を参照して、まずグリーンボール９１が工程（Ｓ２０）において研磨装置１の第１定盤１０と第２定盤２０との間に供給された時点を時間ｔ０とすると、この時点においては、第１の面１１と第２の面２１との間隔はＤｃとなっている。このとき、第１の面１１および第２の面２１がグリーンボール９１に対して負荷する荷重は、実質的に０である。すなわち、間隔がＤｃの状態においては、グリーンボール９１と第２の面２１との間には隙間が形成されているか、あるいは接触していても量産性の観点からみてグリーンボール９１の研磨の進行に寄与しているとはいえない程度の荷重しか負荷されていない状態となっている。
【００４０】
そして、所定時間経過後、第１定盤１０と第２定盤２０との間隔がＤｍに変更されることにより工程（Ｓ３０）が実施される。すなわち、第１定盤１０と第２定盤２０との間隔がＤｍとなることにより、量産性の観点からみてグリーンボール９１の研磨の進行に寄与しているといえる程度の荷重が付与されることにより、グリーンボール９１の表面が研磨層１０Ａによって研磨される。これにより、グリーンボール９１の研磨が進行する。このとき、グリーンボール９１は第１の面１１および第２の面２１によって拘束されているため、その自転軸を大きく動かすことはできない。そのため、工程（Ｓ３０）では、グリーンボール９１は真球ではなく、公転面に沿った方向に長軸を有するやや扁平な形状に加工される。
【００４１】
次に、工程（Ｓ３０）の開始から時間ｔだけ経過すると、工程（Ｓ３０）が終了し、工程（Ｓ４０）が実施される。この工程（Ｓ４０）では、第１定盤１０と第２定盤２０との間隔がＤｃに変更される。これにより、第１定盤１０および第２定盤２０からグリーンボール９１に負荷される荷重が実質的に０の状態に変更される。その結果、自転および公転するグリーンボール９１はジャイロ効果により長軸が自転軸となるように立ち上がる。つまり、グリーンボール９１の自転軸が工程（Ｓ３０）において形成された長軸側に変化する。このように、工程（Ｓ４０）では、第１の面１１と第２の面２１との間隔が制御されることにより、グリーンボール９１の自転軸が変化する。
【００４２】
さらに、工程（Ｓ４０）の開始から時間ｔだけ経過すると、工程（Ｓ４０）が終了し、工程（Ｓ３０）が再度実施される。このとき、上記工程（Ｓ４０）においてグリーンボール９１の自転軸が長軸側に変化しているため、グリーンボール９１は長軸方向に加工される。そして、図４に示すように、このような工程（Ｓ３０）と工程（Ｓ４０）とが時間ｔごとに繰り返して実施される。
【００４３】
つまり、本実施の形態における研磨工程では、上記実施の形態１の場合と同様に、グリーンボール９１が長軸を自転軸とするように立ち上がる工程（Ｓ４０）と、長軸方向にグリーンボール９１が加工される工程（Ｓ３０）とが交互に実施される。そのため、グリーンボール９１の自転方向の変化が制約される従来の研磨方法に比べて、高い真球度を達成することができる。このように、本実施の形態における研磨工程によれば、等方的な加工を実現することによりグリーンボール９１の真球度を十分向上させることができる。
【００４４】
なお、グリーンボールに負荷される荷重を制御する実施の形態１の研磨工程と、定盤の間隔を制御する実施の形態２の研磨工程とは、組み合わせて実施してもよい。
【００４５】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３におけるセラミックス球の製造方法および当該製造方法におけるグリーンボールの研磨は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３におけるセラミックス球の製造方法および当該製造方法におけるグリーンボールの研磨は、採用される研磨装置が異なるとともに、これに伴って研磨工程において自転軸を変化させるための機構が、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００４６】
まず、図５を参照して、本実施の形態における研磨装置について説明する。図５および図２を参照して、本実施の形態における研磨装置１は、基本的には実施の形態１における研磨装置と同様の構造を有し、同様に動作する。しかし、実施の形態３における研磨装置１は、第２定盤２０の構造において実施の形態１の場合とは異なっている。
【００４７】
図５を参照して、実施の形態３における研磨装置１の第２定盤２０の第２の面２１は、第１の面１１との距離が隣接する領域に比べて大きい広間隔領域２１Ａを含んでいる。より具体的には、広間隔領域２１Ａは、第２の面２１の径方向外側に向けて第１の面１１との距離が拡大するように形成された傾斜面領域である。そして、広間隔領域２１Ａは、第２の面２１の周方向において所定の割合、たとえば１／２程度の割合となるように形成されている。
【００４８】
次に、実施の形態３の研磨装置１を用いた研磨工程について説明する。まず、研磨装置１の第１定盤１０と第２定盤２０との間にグリーンボール９１が供給されると、広間隔領域２１Ａ以外の第２の面２１と第１の面１１との間に挟持されたグリーンボール９１に対しては、工程（Ｓ３０）が実施される。すなわち、広間隔領域２１Ａ以外の第２の面２１と第１の面１１との間に挟持されることにより、量産性の観点からみてグリーンボール９１の研磨の進行に寄与しているといえる程度の荷重が付与され、グリーンボール９１の表面が研磨層１０Ａによって研磨される。これにより、グリーンボール９１の研磨が進行する。このとき、グリーンボール９１は第１の面１１および第２の面２１によって拘束されているため、その自転軸を大きく動かすことはできない。そのため、工程（Ｓ３０）では、グリーンボール９１は真球ではなく、公転面に沿った方向に長軸を有するやや扁平な形状に加工される。
【００４９】
次に、工程（Ｓ３０）の開始から時間ｔだけ経過すると、グリーンボール９１が第２定盤２０の保持部２２の内壁２３に沿って公転することにより、グリーンボール９１は、互いに対向する広間隔領域２１Ａと第１の面１１との間に形成される間隔変化領域４１に侵入する。これにより、工程（Ｓ３０）は終了し、工程（Ｓ４０）が開始される。この間隔変化領域４１は、第１の面１１と第２の面２１との間隔が隣接する領域よりも大きい領域となっている。そのため、工程（Ｓ４０）においては、第１定盤１０および第２定盤２０からグリーンボール９１に負荷される荷重が実質的に０の状態に変更される。その結果、自転および公転するグリーンボール９１はジャイロ効果により長軸が自転軸となるように立ち上がる。つまり、グリーンボール９１の自転軸が工程（Ｓ３０）において形成された長軸側に変化する。このように、工程（Ｓ４０）では、間隔変化領域４１にグリーンボール９１が進入することにより、グリーンボール９１の自転軸が変化する。
【００５０】
さらに、工程（Ｓ４０）の開始からさらに時間ｔだけ経過すると、グリーンボール９１が第２定盤２０の保持部２２の内壁２３に沿ってさらに公転することにより、グリーンボール９１は、間隔変化領域４１から離脱する。これにより、工程（Ｓ４０）が終了し、工程（Ｓ３０）が再度実施される。このとき、上記工程（Ｓ４０）においてグリーンボール９１の自転軸が長軸側に変化しているため、グリーンボール９１は長軸方向に加工される。そして、グリーンボール９１が第２定盤２０の保持部２２の内壁２３に沿って公転することにより、このような工程（Ｓ３０）と工程（Ｓ４０）とが時間ｔごとに繰り返して実施される。
【００５１】
つまり、本実施の形態における研磨工程では、上記実施の形態１の場合と同様に、グリーンボール９１が長軸を自転軸とするように立ち上がる工程（Ｓ４０）と、長軸方向にグリーンボール９１が加工される工程（Ｓ３０）とが交互に実施される。そのため、グリーンボール９１の自転方向の変化が制約される従来の研磨方法に比べて、高い真球度を達成することができる。このように、本実施の形態における研磨工程によれば、等方的な加工を実現することによりグリーンボール９１の真球度を十分向上させることができる。
【実施例１】
【００５２】
上記実施の形態１〜３と同様の手順でグリーンボールの研磨を実際に実施し、その効果を確認する実験を行なった。サンプルとしては、窒化珪素の原料粉末を成形することにより得られた真球度１００μｍのグリーンボールを採用した。そして、上記実施の形態１において説明した研磨装置１を用い、実施の形態１と同様に工程（Ｓ２０）〜（Ｓ４０）を実施した。研磨装置１に供給されるグリーンボールは１０個とし、第１定盤１０の回転数は２０ｒｐｍ、第２定盤の回転数は２５０ｒｐｍとした。荷重Ｌｍはグリーンボール１個あたり３．２Ｎとした。また、工程（Ｓ３０）と（Ｓ４０）との繰り返しピッチの時間ｔは１秒とした（荷重制御）。
【００５３】
また、同様のサンプルについて、上記実施の形態１において説明した研磨装置１を用い、実施の形態２と同様に工程（Ｓ２０）〜（Ｓ４０）を実施した。具体的な研磨条件は以下の通りである。工程（Ｓ３０）における定盤１０と定盤２０との間隔Ｄｍはグリーンボール９１の直径に対して−５０μｍとした。工程（Ｓ４０）における定盤１０と定盤２０との間隔Ｄｃはグリーンボール９１の直径に対して＋１．５ｍｍとした（間隔制御）。
【００５４】
さらに、同様のサンプルについて、上記実施の形態３において説明した研磨装置１を用い、実施の形態３と同様に工程（Ｓ２０）〜（Ｓ４０）を実施した。定盤２０の形状は以下の通りとした。すなわち、広間隔領域２１Ａは、第２の面２１の周方向において１／２の割合となるよう形成した。また、広間隔領域２１Ａのうち、第２の面２１の周方向において１／５の割合の領域は、間隔が徐々に変化する領域であり、残部は間隔が一定の領域とした。そして、間隔が一定の領域においては、広間隔領域２１Ａ以外の領域における第１の面１１と第２の面２１との間隔に対して、間隔が１．５ｍｍ大きくなるようにした（傾斜面形成）。
【００５５】
また、比較のため、同様のサンプルについて、上記実施の形態１において説明した研磨装置１を用い、間隔制御および荷重制御を行なうことなく研磨を実施した（比較例）。
【００５６】
次に、実験結果について説明する。図６、図７および図８に、それぞれ荷重制御を実施した場合、間隔制御を実施した場合、および傾斜面形成を実施した場合における実験結果を示す。図６〜図８において、横軸は研磨開始からの経過時間であり、縦軸は真球度である。ここで、真球度とは、グリーンボールに外接する球面を想定し、当該球面とグリーンボールの表面上の各点との間の各赤道平面内でのラジアル距離の最大値をいう。したがって、その値が小さいほど真球度が高い。また、図６〜図８には、比較例の実験結果についても併記した。
【００５７】
図６〜図８を参照して、比較例については、研磨時間が３００秒までの範囲において、時間の経過とともに真球度が悪化している。これに対し、荷重制御を実施した場合、間隔制御を実施した場合、および傾斜面形成を実施した場合については、時間の経過とともに真球度は向上している。そして、いずれの場合についても、研磨時間３００秒の時点において、比較例の場合に対して真球度が約４倍に向上している。このことから、本発明のグリーンボールの研磨方法によれば、従来の方法に比べて高い真球度を達成可能であることが確認される。
【００５８】
なお、研磨前のグリーンボールの真球度が低い場合、荷重制御のみで本発明のグリーンボールの研磨方法を実施した場合、グリーンボールに過大な荷重が負荷されてグリーンボールが破損するおそれがある。そのため、加工の初期段階においては、グリーンボールの形状に合わせた位置制御を行ない、その後に荷重制御による研磨に移行する手順を採用してもよい。あるいは、加工の初期段階で荷重制御による研磨を行ない、その後位置制御に移行する手順を採用してもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態および実施例においては、研磨装置の第１部材（第１定盤）および第２部材（第２定盤）がいずれも回転する場合について説明したが、本発明のグリーンボールの研磨方法はこれに限られず、少なくとも第２部材（第２定盤）が回転していればよい。また、第１部材は、定盤ではなく、たとえば第２部材の第２の面に対向するように直線運動する面を有するエンドレスのベルトであってもよい。
【００６０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置は、真球度の向上が求められるグリーンボールの研磨方法、セラミックス球の製造方法および研磨装置に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６２】
１  研磨装置、１０  第１定盤、１０Ａ  研磨層、１１  第１の面、１２  第１軸、２０  第２定盤、２０Ａ  保持層、２１  第２の面、２１Ａ  広間隔領域、２２  保持部、２３  内壁、２４  第２軸、３１  軸受、３２  第１保持部材、３３  第２保持部材、４１  間隔変化領域、９１  グリーンボール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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